機(jī)械手結(jié)構(gòu)固有頻率的比較

　　衡量機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好壞的指標(biāo)之一，就是使機(jī)械手結(jié)構(gòu)諧振頻率遠(yuǎn)離伺服系統(tǒng)無阻尼自然頻率，或者說，機(jī)械手結(jié)構(gòu)諧振頻率應(yīng)控制在伺服系統(tǒng)閉環(huán)帶寬的4～5倍，這樣可使機(jī)械手運(yùn)行穩(wěn)定，避免機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生諧振。

　　111實(shí)體模型和數(shù)據(jù)

　　(以針輪齒數(shù)30為例)和諧波減速器(與前RV減速器功率和速比相近產(chǎn)品為例)各自的結(jié)構(gòu)基頻分別為130Hz和1616Hz.因此，在機(jī)器人上使用諧波減速器時(shí)，扭振一直是突出的問題。以下研究?jī)煞N減速器對(duì)具體關(guān)節(jié)的影響。

　　為便于討論和比較兩種減速器扭矩剛度對(duì)關(guān)節(jié)固有頻率的影響，僅以實(shí)際機(jī)械手大臂擺動(dòng)關(guān)節(jié)為例，經(jīng)適當(dāng)簡(jiǎn)化后將其作為計(jì)算模型。

　　大臂關(guān)節(jié)示意圖此關(guān)節(jié)是由電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)減速器，經(jīng)較大減速比傳動(dòng)后，再驅(qū)動(dòng)大臂及負(fù)載繞關(guān)節(jié)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。其中負(fù)載是機(jī)械手前部負(fù)載經(jīng)過簡(jiǎn)化和折算后的近似數(shù)據(jù)。

　　由三維實(shí)體模型及相關(guān)減速器技術(shù)資料可得到圖中各傳動(dòng)件的質(zhì)量等特性數(shù)據(jù)。

　　諧波減速器欄中數(shù)據(jù)是第一輪設(shè)計(jì)中所選減速器;大臂扭轉(zhuǎn)剛度值，是根據(jù)材料力學(xué)梁彎曲轉(zhuǎn)角公式折算得到的。

　　112扭振模型建立

　　根據(jù)以上結(jié)構(gòu)圖和實(shí)體數(shù)據(jù)，可以簡(jiǎn)化并建立扭振模型。通常把電機(jī)等轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、扭矩剛度大、變形小的實(shí)體，用集中質(zhì)量來表示并簡(jiǎn)化;傳動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、扭矩剛度低、變形大的實(shí)體用集中剛度。系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化為電機(jī)(集中慣量)，經(jīng)減速器和大臂串聯(lián)形成的綜合剛度實(shí)體(集中剛度)連接到負(fù)載(集中慣量)的兩自由度振動(dòng)模型。

　　采用牛頓-歐拉法建立系統(tǒng)振動(dòng)方程。

　　113諧振頻率計(jì)算

　　φi為各質(zhì)量的振幅。代入式整理后可得有關(guān)φi的齊次線性方程組，有非零解的條件為系數(shù)行列式為零，整理將數(shù)據(jù)分別代入式中，可計(jì)算出針對(duì)諧波和RV減速器的兩組Ji、C的值，然后將兩組值代入式中，就可解得兩組諧振頻率值。

　　114討論

　　一般地，伺服系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬和系統(tǒng)伺服精度、快速性之間有經(jīng)驗(yàn)公式。

　　在這兩例機(jī)械手大臂關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)中，由于伺服電機(jī)、總減速比、誤差。最大速度等均相差無幾，因而取實(shí)際設(shè)計(jì)中的參數(shù)對(duì)伺服系統(tǒng)帶寬ωB進(jìn)行近似估算由值可以看出，選用RV減速器使大臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)諧振頻率達(dá)到帶寬的415倍左右，基本符合機(jī)械手結(jié)構(gòu)諧振頻率應(yīng)控制在伺服系統(tǒng)閉環(huán)帶寬的4～5倍的要求;選用諧波三大組件的大臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)諧振頻率只達(dá)到帶寬的118倍左右。因而第二輪設(shè)計(jì)選用RV減速器更合理，能更好地避免關(guān)節(jié)扭振的發(fā)生，提高運(yùn)行平穩(wěn)性和安全性;提高機(jī)械臂響應(yīng)速度，使機(jī)械臂更靈活。這也正是第一輪機(jī)械手調(diào)試較為困難的原因。【機(jī)械手】